生物無機化学

沿革

ポール・エールリッヒは、梅毒の治療に有機砒素（ヒ素）を用いた。これにより、金属、あるいは少なくとも金属化合物が医学に関連していることが証明された。その後、ローゼンバーグがシスプラチン（cis-PtCl₂(NH₃)）₂の抗がん作用を発見した。世界で初めて結晶化したタンパク質はウレアーゼである。これは、活性部位にニッケルを持っている。悪性貧血の治療薬であるビタミンBは、₁₂ドロシー・ホジキンの結晶学によって、コリンマクロサイクルの中にコバルト原子があることが明らかになった。DNAのワトソン・クリック構造は、リン酸塩を含むポリマーが構造的に重要な役割を果たしていることを示した。

研究分野

研究で興味を持っている分野としては

• 金属イオンの輸送と貯蔵：イオンチャネル、イオンポンプ（NaKATPaseなど）、液胞、シデロフォア、その他のタンパク質や小分子など、細胞内の金属イオン濃度を慎重に制御することを目的とした多様なコレクションを対象とする（メタロームと呼ばれることもある）。
• ハイドロラーゼ酵素：水や基質と相互作用する多様なタンパク質が含まれる。このクラスのメタロプロテインの例としては、炭酸脱水酵素、メタロホスファターゼ、メタロプロテイナーゼなどがある。
• 金属含有電子伝達タンパク質。
• ルブレドキシン、フェレドキシン、リースケタンパク質などの鉄-硫黄タンパク質
• 青銅色のタンパク質
• シトクロム
• 酸素輸送・活性化タンパク質：鉄、銅、マンガンなどの金属を利用している。ヘムは、赤血球がヘモグロビンの形で酸素輸送に利用する。その他の酸素輸送系としては、ミオグロビン、ヘモシアニン、ヘメリトリンなどがある。オキシダーゼとオキシゲナーゼは、自然界に存在する金属システムで、酸素を利用してエネルギー生成などの重要な反応を行っている。メタロプロテインの中には、酸素や過酸化水素などの反応性酸素含有分子の有害な影響から生体システムを保護するように設計されているものもある。酸素と反応するメタロプロテインを補完するメタロプロテインは、光合成の基礎となるクロロフィルである。クロロフィルは、ヘムなどの他のポルフィリン系色素と同様に、炭素環を持つ色素である。クロリン環の中心にはマグネシウムイオンがある。このシステムは、植物が光合成を行う際に酸素を生成する複雑なタンパク質機械の一部である。
• ヒドロゲナーゼやメチルコバラミンなどのバイオ有機金属システムは、有機金属化合物の生物学的な例です。この分野は、単細胞生物による金属の利用に焦点を当てています。生物有機金属化合物は、環境化学において重要な意味を持つ。
• 窒素代謝経路：これらは金属を利用している。ニトロゲナーゼは、窒素代謝に関連する有名な金属タンパク質の1つである。最近では、一酸化窒素合成酵素を含め、一酸化窒素の心血管や神経系での重要性が検討されている。(参照：窒素同化。)
• 医療における金属：金属を含む医薬品や、酵素活性部位の内因性金属イオンと相互作用する化合物の設計と作用機序の研究です。この多様な分野には、プラチナやルテニウムの抗がん剤、キレート剤、金の薬剤シャペロン、ガドリニウムの造影剤などがある。
• メンタルヘルス分野：無機化合物の中には、特定の疾患を治療する効果があるものがあります。例えば、炭酸リチウムは双極性障害の躁状態の治療に用いられています。